Transcript modélisation multiphysique causale et acausale découverte du

MODÉLISATION MULTIPHYSIQUE CAUSALE ET ACAUSALE
DÉCOUVERTE DU LOGICIEL SCILAB – MODULE XCOS –
SIMM
SIMULATION DU COMPORTEMENT DES SYSTÈMES
Démonstrations et applications
Patrick Beynet – Xavier Pessoles
INSTALLATION DE SCILAB + COSELICA
Voir le livre Scilab/Xcos pour l’enseignement des Sciences de l’Ingénieur
(http://www.scilab.org/resources/documentation/tutorials ou
http://www.scilab.org/content/download/1017/9485/file/livret_Xcos.pdf)
•
•
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•
Installer Scilab en 32 bits à partir du site officiel de scilab
(http://www.scilab.org/download/5.4.1)
Installer un compilateur C
Installer les modules CPGE, Coselica et SIMM à partir du module Atoms.
LANCEMENT DE SCILAB ET XCOS
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•
Ouvrir Scilab
Lancer Xcos :
o Saisir Xcos dans la fenêtre de commande
o
o
OU cliquer sur l’icône dédié
OU Menu Applications/Xcos
Navigateur de palettes
•
Fenêtre Xcos – Réalisation du diagramme
Lancement de la simulation
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MOTEUR À COURANT CONTINU
Objectifs :
∎.Découvrir la réalisation de modèles avec Xcos
∎.Utiliser le contexte
01_MCC_acausal
Activités
Valeurs numériques :
3Ω,
10
,
0,64
⋅
,
0,15 ⋅
1. Renseigner les valeurs numériques dans le « contexte » (Menu Simulation, Modifier le
contexte)
2. Réaliser le schéma dans XCOS.
3. Lancer la simulation.
Constituants électriques
Constituants
Générateur de
tension
Représentation
Générateur de force
électromotrice
Palette
SIMM/Electrique/Sources/MEAS_
SignalVoltage
SIMM/Electrique/Composant
basique/MEAB_Resistor
SIMM/Electrique/Composant
basique/MEAB_Inductor
SIMM/Electrique/Composant
basique/CEAB_EMFGEN
Masse
SIMM/Sources/MEAB_Ground
Échelon d’entrée
SIMM/Signaux/MBS_Step
Résistor
Inductance
Paramètres
Résistance (Ω)
Inductance (H)
Constante de couple
(N.m/A)
Amplitude de l’échelon
Temps de décalage
Constituants mécaniques
Constituants
Inertie
Représentation
Palette
SIMM/Mecanique/Rotation1D/
Basique/MMR_Inertia
Paramètres
Inertie (kg.m²)
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Instruments de mesure
Constituants
Représentation
Ampèremètre
Tachymère
Palette
SIMM/Elrctrique/Mesure/MEA
S_CurrentSensor
SIMM/Mecanique/Rotation1D/
Mesure/CMRS_GenSensor
Paramètres
Palette
SIMM/Utilitaires/Visualisation/I
REP_TEMP
Paramètres
Durée de la simulation
Nombre de points
Nombre de courbes
Taille du tampon
Nom de la courbe
Position, vitesse,
accélération
Paramètres de simulation
Constituants
Paramétrage de la
simulation
Représentation
Oscilloscope
SIMM/Utilitaires/ISCOPE
Exemples d’applications pédagogiques
Cours :
• Présentation du modèle de comportement d’un MCC (ou de composants électroniques de
base)
o (2.31. Modèles de comportement (Identification et limites des modèles de
comportements, paramétrage associé aux progiciels de simulation). Identification des
variables du modèle, simulation et comparaison des résultats obtenus au système
réel ou à son cahier des charges)
• Présentation de la structure d’un MCC
o En faisant varier R, L et J, on pourra mettre en évidence que la constante de temps
électrique est plus petite que la constante de temps mécanique et que le moteur à
courant continu peut alors être modélisé par un système du second ou du premier
ordre.
TP :
•
Évaluation de l’écart Laboratoire / Simulation. Renseigner le modèle à l’aide de grandeurs
catalogue (R, L, J). Comparer les résultats sur les mesures du comportement d’un MCC
commandé par un échelon de tension et les résultats issues de la simulation.
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MOTEUR À COURANT CONTINU RÉDUIT
Objectifs :
∎.Introduire la possibilité d’avoir un mcc « monobloc »
∎.Ajouter du frottement visqueux (1 Nms/rad) et d’une mesure de couple
∎.Réaliser des calculs de puissance
02_MCC_acausal_reduit
Activités
1.
2.
3.
4.
5.
Ouvrir le fichier 02_MCC_acausal_reduit.
Ajouter du frottement visqueux (0.0001 Nms/rad).
Ajouter un capteur de couple.
Calculer puis afficher les puissances électrique et mécanique.
Calculer le rendement en régime permanent.
Constituant électro mécanique
Constituants
Représentation
Moteur à courant
continu
Palette
SIMM/Composants/Actionneur
s/MEMC_DCmotor
Paramètres
Résistance (Ω)
Inductance (H)
Constante de couple
(Nm/A)
Inertie du rotor (kg.m²)
Exemples d’applications pédagogiques
Exemples d’application (TP/TD) :
• Analyser des réponses temporelles et fréquentielles :
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Faire varier l’échelon de tension et observer l’influence sur la valeur finale du taux de
rotation.
o Remplacer l’échelon par une entrée sinusoïdale :
Faire varier la fréquence du signal ;
Observer l’atténuation et le déphasage du taux de rotation du moteur en
fonction de la fréquence d’entrée.
Observer les limites du modèle et nécessité d’une limitation en courant :
o Pour des fortes valeurs de tension, on peut observer que l’intensité dans le circuit
devient plus importante que le courant admissible par le moteur.
Observer l’évolution de la puissance:
o Placer un capteur de couple et vérifier qu’à chaque instant
+
.
o
•
•
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MOTEUR À COURANT CONTINU ENCLENCHÉ PAR UN INTERRUPTEUR COMMANDÉ
03_commande MCC_TOR_acausal
Constituant électrique
Constituants
Interrupteur
commandé
normalement
ouvert
Représentation
Palette
Paramètres
SIMM/Electrique/Composant
basique/Passif/MEAI_IdealClosi
ng/Switch
Exemples d’applications pédagogiques
Cours : dissocier la chaîne d’information et la chaîne d’énergie (introduction de la dissociation du
circuit de commande et du circuit de puissance.)
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MOTEUR À COURANT CONTINU COMMANDÉ PAR UN TRANSISTOR
04_commande MCC_TOR_2_acausal
Constituant électrique
Constituants
Représentation
Transistor NMOS
Palette
Paramètres
SIMM/Electrique/Composant
avancé/Actif
Exemples d’applications pédagogiques
Cours : Introduction du MOSFET
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MOTEUR À COURANT CONTINU COMMANDÉ PAR UN PWM
05_commande MCC_PWM_acausal
Activités
1. Observer l’influence du rapport cyclique
2. Remplacer la source présente dans le modèle (commande rectangulaire) par une source
constante ayant la même valeur moyenne. Visualiser le comportement du moteur.
3. Montrer que la fréquence de commande du signal rectangulaire doit être suffisamment
grande (devant la constante de temps du moteur) pour que la tension de commande soit
constante d’un point de vue moteur.
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MOTEUR À COURANT CONTINU – COMMANDE PAR UN CONVERTISSEUR STATIQUE
2 QUADRANTS (HACHEUR)
06_commande MCC_Q2_acausal
Remarque : si la commande du PWM est sur 8 bits (0 à 255) :
• pour un hacheur 4 quadrants (Q4), la commande est centrée sur 127 ;
• pour un hacheur 2 quadrants, la machine a 1 seul sens de rotation (moteur ou générateur).
Activité
1. En utilisant le fichier 9_commande_MCC_Q2_acausal, montrer que pour le hacheur 2
quadrants, deux sens de marche sont possibles.
2. En remplaçant le hacheur 2 quadrants par un 4 quadrants, montrer qu’il est possible
d’utiliser les deux sens de rotation.
Exemples d’applications pédagogiques
Cours : Séparation du circuit de commande et du circuit de puissance pour la commande d’un MCC.
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MOTEUR À COURANT CONTINU – RÉVERSIBILITÉ DU MOTEUR
Objectifs :
∎.Introduire la possibilité d’avoir des modèles réversibles avec des modèles acausaux et
causaux
07_MCC_avec_reversibilite_2_causal
07_MCC_avec_reversibilite_2_acausal
Constituant mécanique
Constituants
Représentation
Mouvement imposé
Palette
SIMM/Mecanique/Rotation
1D/Sources/CMRS_ImposedKin
ematic
Paramètres
Résistance à l’état fermé
Conductance à l’état ouvert
Exemples d’applications pédagogiques
En TD (ou cours) il peut être possible :
• D’analyser la solution pour modéliser un créneau ;
• De solliciter le système avec plusieurs entrées (ici : tension puis couple résistant)
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•
•
D’observer la « réversibilité » de la machine à courant continu (en observant l’évolution de la
tension en entrée du convertisseur)
Faire des calculs de puissance électrique et mécanique (on pourrait aussi ajouter des
frottements) …
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PRISE EN COMPTE D’UNE SATURATION EN COURANT
Exemple de l’axe Emericc (Axe numérique asservi)
Modélisation causale
08_emericc_causal.zcos
Modélisation acausale
09_emericc_acausal_limitation courant.zcos
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